水滑石/氧化亚铜光催化除藻剂光-氧耦合驱动机制与效应研究

摘要

水体富营养化引起的水华藻类污染已成为水环境保护面临的严峻问题。蓝藻大量繁殖使水体透明度降低并产生藻毒素对饮用水安全、渔业、养殖业等产生威胁。充分利用自然条件进行污染物的治理是近年来环境保护的趋势。水华暴发需要充足的光照，适宜的温度，藻类的光合作用放氧会直接导致水体溶解氧浓度的升高。因此，研究能直接利用光照、温度和过饱和溶解氧等水华水体的特征环境因子，治理水华藻类污染的新技术，将为利用自然规律净化水华污染提供新思路。
　　本论文以可见光激发、能将溶解氧转化成过氧化氢(H2O2)的p型半导体氧化亚铜(Cu2O)为基础，研究制备了磁铁矿-水滑石/氧化亚铜(Fe-HDL/Cu2O)复合材料。利用Cu2O能被可见光激发产生过氧化氢的性能替代传统Fenton体系中H2O2的持续加入，与磁铁矿构成固定化 Fenton体系，结合水滑石（HDL）对铜绿微囊藻细胞良好的捕集性能实现光-氧耦合一体化光催化除藻体系。充分利用铜绿微囊藻水华暴发时光照充分、过饱和溶解氧等自然规律实现对微囊藻水华水体的治理。主要的研究内容如下：
　　1.通过共沉淀法制备了 Fe-HDL/Cu2O复合材料，并通过 XRD、FT-IR、SEM及XPS等表征，分析了Cu2O、磁铁矿、水滑石及其复合材料的形貌、结构特征，研究了复合前后磁铁矿、水滑石和Cu2O形貌及结构的变化。在此基础上，分析了磁铁矿、水滑石和Cu2O三者复合的机理。此外，通过Uv-vis DRS表征研究了Cu2O和复合材料的可见光吸收性能。
　　2.通过不同体系中H2O2浓度的测定，研究了Cu2O在可见光激发下持续稳定供给H2O2的性能和磁铁矿分解H2O2构建固定化Fenton体系的机制，建立了利用水华暴发的自然环境驱动的光Fenton体系。
　　3.以水华优势藻种铜绿微囊藻为研究对象，测试了Fe-HDL/Cu2O构建的固定化光Fenton体系的光催化杀藻性能。并通过改变光照、通氧量等条件，研究了光、氧等自然环境因子的变化对Fe-HDL/Cu2O固定化Fenton体系杀藻性能的影响。
　　4.通过对藻细胞凋亡过程的形态与机理研究，确定了自然光与溶解氧在Fe-HDL/Cu2O固定化光Fenton体系杀藻过程中的耦合机制和驱动效应。

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第一章 绪论

1.1水体富营养化概述

1.2水华的成因及危害

1.3 水华优势藻种及环境特征

1.4藻类污染控制技术研究进展

1.5研究思路与创新

第二章 Fe-HDL/Cu2O复合材料的制备及表征

2.1 实验部分

2.2 Fe-HDL/Cu2O复合材料的表征

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第三章 Fe-HDL/Cu2O固定化异相光Fenton体系的构建

3.1 实验部分

3.2 Fe-HDL/Cu2O对溶解氧的转化与H2O2的持续稳定供给

3.3 Fe-HDL/Cu2O对H2O2的分解与异相光-Fenton体系的构建

3.4小结

第四章 Fe-HDL/Cu2O固定化光Fenton体系除藻性能研究

4.1 实验部分

4.2不同光催化体系除藻效果对比

4.3 光照对除藻性能的影响

4. 4 溶解氧的影响

4.5 小结

第五章 Fe-HDL/Cu2O 光Fenton体系光-氧耦合除藻机理研究

5.1 实验部分

5.2 可见光催化杀灭藻细胞的过程

5.3 除藻过程藻细胞生理生化指标分析

5.4 除藻过程光催化相关指标的分析

5.5 光催化除藻过程中的光氧耦合机制研究

5.6 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

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